[4G&5G专题-86]：架构 - 4G LTE 双工与多址技术

Posted 2021-05-15 文火冰糖的硅基工坊

目录

第1章 LTE的双工技术

第2章 LTE的多址技术

2.1 LTE的多址技术分类

2.2 普通的频分多址FDMA

2.3 LTE 的上行多址技术SC-FDMA

2.4 LTE的下行多址技术OFDM

2.5 OFDM循环前缀的原理与作用

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第1章 LTE的双工技术

双工是指二台通讯设备之间，允许有双向的数据传输的方式。

LTE FDD采用的是频分双工

LTE TDD采用的是时分双工。

 

第2章 LTE的多址技术

2.1 LTE的多址技术分类

多址技术是指实现小区内多用户共享无线信道的技术。

LTE中，上下行采用了不同的多址技术。

（1）下行：OFDM

（2）上行：SC-FDMA

 

OFDM能够提高频率利用率，提高下行速率，但较高的峰均比导致对发送端的器件要求较高，导致较高的功耗和成本。

因此LTE的上行（终端一侧发送），采用的是SC-FDMA复用技术，即普通的频分多址。

 

2.2 普通的频分多址FDMA

 

频分多址FDMA: Frequency Division Multiple Access/Address

FDMA把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频带），把每个子频带分给一个用户专用（称为地址），这种技术被称为“频分多址”技术。频分复用（FDM）是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种技术。频分复用技术下，多个用户可以共享一个物理通信信道，该过程即为频分多址复用（FDMA）。

优点：简单

缺点：频谱利用率低，有大量的保护带的频谱资源是浪费的。

在LTE系统中，小区与小区之间的异频组网，就采用的是频分多址技术。

 

2.3 LTE 的上行多址技术SC-FDMA

多个连续的15K的子载波，形成一个更大带宽的子载波块，整个子载波块作为一个大带宽的载波信号，分配个某一个用户，进行调制与解调。子载波块之间有一定的保护带，避免子载波块之间的干扰。这种多址称为单载波频分复用SC-FDMA.

SC-FDAM是FDMA技术在LTE的小区内部，上行复用中的应用。

特点：子载波是连续的、成块的分配。

缺点：频谱利用率低

优点：器件的功耗低、器件的成本低

 

2.4 LTE的下行多址技术OFDM

（1）子载波的正交性

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，

 

LTE的小区内部，下行复用，采用的是OFDM多址技术

优点：频谱利用率高

 

（2）OFDM的多用户复用

 

优点：灵活的、动态的、离散的子载波的分配策略。

 

（3）OFDM的缺点：较高的峰均比

峰均比导致功放的范围大，利用率低，导致功放的成本高、能量损耗大等特点。

 

（4）OFDM的缺点：时域上，相邻两个符号之间的干扰

频谱上，每个15K子载波是正交的，因此不存在干扰。

然后时域上，由于多径问题，导致时域上，相邻两个符号之间的干扰，如下图所示：

 

应对办法：在每个时域OFDM符号前增加循环前缀CP

发送端：在信号的前端，增加CP传输时间，传输的内容是整个OFDM符号的尾部信号。

 

2.5 OFDM循环前缀的原理与作用

（1）没有循环前缀时的时域干扰

在上图中的接收端：

蓝色的信号为：正常传输路径的信号。

红色的信号为：多径延时后的信号。

前一个符号的尾部与后一个符号的头部进行了重叠，而这两个信号不是同一个符号，因此，造成对后一个符号的干扰。

 

（3）在两个符号之间增加延时

在两个连续的符号之间增加延时，增加保护带。这样第二个符号就不会因为第一个符号的延时导致对自己头部信号的干扰。

 

（3）有循环前缀后的干扰消除

（1）对后一个符号而言，循环前缀CP相同与增加了保护带，因此CP的增加，不过CP发送什么内容，都不会对后一个符号造成干扰。

（2）由于因此采用OFDM循环前缀CP，不仅消除了干扰，还可以有效地对抗多径时延扩展，多径延时还可以增强信号，把多径的缺点转化为优点。